KR20060074536A - Apparatus for controlling temperature of each separated area of electro static chuck in a semiconductor dry etching equipment - Google Patents

Apparatus for controlling temperature of each separated area of electro static chuck in a semiconductor dry etching equipment Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 온도를 영역별로 서로 다르게 제어할 수 있는 정전척(ESC) 기능을 가지는 반도체 건식 식각 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 플라즈마를 이용하는 반도체 건식 식각 장비에서, 웨이퍼의 온도를 조절하는 전극구조가 일체형으로 되어 있어 정전척 내에서 온도 구배를 갖게되며 이는 식각율의 차이를 발생시켜 웨이퍼내의 균일성을 떨어뜨리는 종래 문제점을 해결하기 위해, 미리 설정된 영역별로 독립적인 온도 제어와 쿨링을 수행할 수 있도록 설계된 정전척을 적용하여 정전척내 각 영역별로 독립적인 온도를 유지시킬 수 있도록 함으로써, 웨이퍼의 영역별 식각율 변화에 따라 정전척내 각 영역의 온도를 웨이퍼의 식각율이 균일성을 유지하도록 독립적으로 제어하여 웨이퍼의 균일성을 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention relates to a semiconductor dry etching apparatus having an electrostatic chuck (ESC) function capable of controlling the temperature of a wafer differently for each region. That is, in the present invention, in the semiconductor dry etching apparatus using plasma, the electrode structure for controlling the temperature of the wafer is integrated to have a temperature gradient in the electrostatic chuck, which causes a difference in the etching rate, thereby decreasing uniformity in the wafer. In order to solve the conventional problem of floating, by applying an electrostatic chuck designed to perform independent temperature control and cooling for each preset region to maintain an independent temperature for each region in the electrostatic chuck, the etching rate for each region of the wafer According to the change, the temperature of each region in the electrostatic chuck can be independently controlled to maintain the uniformity of the wafer etch rate to improve the uniformity of the wafer.

Description

반도체 식각 장비의 정전척내 영역별 온도 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF EACH SEPARATED AREA OF ELECTRO STATIC CHUCK IN A SEMICONDUCTOR DRY ETCHING EQUIPMENT}FIELD OF CONTROLLING TEMPERATURE OF EACH SEPARATED AREA OF ELECTRO STATIC CHUCK IN A SEMICONDUCTOR DRY ETCHING EQUIPMENT}

도 1은 종래 반도체 건식 식각 시 웨이퍼 영역별 식각율 예시도,1 illustrates an etching rate for each wafer region during a conventional semiconductor dry etching process;

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 반도체 건식 식각 장비의 개략적인 시스템 구성도,2 is a schematic system configuration diagram of a semiconductor dry etching apparatus to which an embodiment of the present invention is applied;

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 영역별 온도 제어가 가능한 정전척 예시도.Figure 3 is an exemplary view of the electrostatic chuck capable of temperature control for each area according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>

100 : 챔버 102 : 전극100 chamber 102 electrode

104 : 웨이퍼 정전척 106 : 웨이퍼104: wafer electrostatic chuck 106: wafer

108 : 헬륨 공급라인 110 : 가스공급라인108: helium supply line 110: gas supply line

112 : 가스배기라인 114 : 고주파 전원부112: gas exhaust line 114: high frequency power supply

본 발명은 반도체 건식 식각 장비에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 온도를 영 역별로 서로 다르게 제어할 수 있는 정전척(eletro static chuck : ESC) 기능을 가지는 반도체 건식 식각 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor dry etching apparatus, and more particularly, to a semiconductor dry etching apparatus having an electrostatic chuck (ESC) function capable of controlling a wafer temperature differently for each region.

통상적으로 반도체 소자 제조를 위한 식각방법은, 크게 건식 식각(dry etching)과 습식 식각(wet etching)으로 나뉘는데, 반도체 소자가 점차 고집적화 되어 다층구조를 갖게 되면서 습식 식각에 의한 식각은 제조상의 한계에 다다르고 있다.In general, etching methods for manufacturing a semiconductor device are largely divided into dry etching and wet etching. As the semiconductor devices are gradually integrated and have a multi-layered structure, etching by wet etching is a manufacturing limitation. Is different.

따라서 현재 반도체 소자 제조 공정에서는 재현성이 우수하고 식각율의 조절이 용이하여 미세회로 패턴의 가공에 적합한 건식 식각 방법에 주로 사용되고 있으며, 이러한 건식 식각(dry etching)을 수행하는 건식 식각 장비에서는 챔버(chamber) 내에서 마주보며 위치하는 양극판과 음극판 2개의 평행판 형태의 전극과 플라즈마 형성을 위한 전원 공급장치를 포함하는 플라즈마 형성장치를 구현하여 반응성 가스에 의한 플라즈마(plasma)를 에천트(etchant)로 사용하여 식각을 수행하고 있다. Therefore, in the semiconductor device manufacturing process, excellent reproducibility and easy control of the etching rate are mainly used in dry etching methods suitable for processing microcircuit patterns, and in dry etching equipment performing such dry etching, a chamber is used. ) Plasma formed by reactive gas is used as an etchant by implementing a plasma forming apparatus including an electrode in the form of two parallel plates and a power supply for plasma formation. Etching is performed.

그러나 종래 플라즈마를 이용하는 반도체 건식 식각 장비에서는 웨이퍼(wafer)의 온도를 조절하는 음전극(cathode)의 구조가 일체형으로써, 정전척(electro static chuck) 내에서 온도의 구배를 갖게되며, 이는 웨이퍼 상부에 도 1에서 보여지는 바와 같은 식각율의 차이를 발생시켜 웨이퍼내의 균일성을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있었다.However, in the semiconductor dry etching apparatus using the conventional plasma, the structure of the cathode for controlling the temperature of the wafer is integrated, so that a temperature gradient is obtained in the electrostatic chuck. There was a problem that the difference in the etching rate as shown in 1 to reduce the uniformity in the wafer.

따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 온도를 영역별로 서로 다르게 제어할 수 있는 정전척(ESC) 기능을 가지는 반도체 건식 식각 장치의 정전척내 영역별 온도 제어장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a temperature control device for each region in an electrostatic chuck of a semiconductor dry etching apparatus having an electrostatic chuck (ESC) function capable of controlling the temperature of the wafer differently for each region.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 식각 장비의 정전척내 영역별 온도 제어 장치로서, 식각을 위한 웨이퍼를 안착시키며 미리 설정된 영역별로 독립적인 온도 제어가 가능하도록 설계되는 정전척과, 웨이퍼내 식각율의 변화를 감지하여 웨이퍼 상 균일성이 유지되도록 정전척 내 각 독립영역별로 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원을 인가시키는 고주파 전원부와, 상기 정전척내 각 독립영역을 지나가도록 설계되어 플라즈마 식각이 수행되는 정전척 상부 웨이퍼의 쿨링을 위한 헬륨을 공급시키는 헬륨 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is an electrostatic chuck temperature control device in each region of the semiconductor etching equipment, the electrostatic chuck is designed to seat the wafer for etching and to enable independent temperature control for each preset region, and the wafer etching A high frequency power supply unit for applying a high frequency power source for generating plasma for each independent region in the electrostatic chuck to detect a change in the rate and maintain uniformity on the wafer, and an electrostatic power designed to pass through each independent region in the electrostatic chuck to perform plasma etching. And a helium supply line for supplying helium for cooling the chuck upper wafer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operation of the preferred embodiment according to the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 반도체 건식 식각 장비의 개략적인 블록 구성을 도시한 것으로, 상기 도 2를 참조하여 반도체 건식 식각 장비의 동작을 살펴보기로 한다.FIG. 2 is a schematic block diagram of a semiconductor dry etching apparatus to which an embodiment of the present invention is applied. An operation of the semiconductor dry etching apparatus will be described with reference to FIG. 2.

먼저 챔버(chamber)(100) 내 하부에는 하부전극(cathode)(102)이 장착되며, 상기 하부전극(102) 상에는 웨이퍼(wafer)(106)의 안착과 고정을 위한 웨이퍼 척(wafer chuck)(104)이 형성된다. 상기 웨이퍼 척(104)의 중앙에는 웨이퍼(wafer)(106)의 냉각(cooling)을 위한 백사이드 헬륨 공급라인(HE cooling line)(108)이 형성되며 상기 백사이드 헬륨 공급라인(108)을 통하여 외부로부터 헬 륨이 공급된다. 챔버(100) 상부에는 플라즈마 형성을 위한 가스 공급라인(110)이 연결되며, 가스 공급라인(110)으로부터 챔버 내로 유입되는 반응가스(gas)는 챔버(100) 하부에 설치되는 가스 배기라인(112)을 통해 외부로 배기된다.First, a lower electrode 102 is mounted on a lower portion of the chamber 100, and a wafer chuck for mounting and fixing a wafer 106 on the lower electrode 102. 104 is formed. In the center of the wafer chuck 104 is formed a backside helium supply line (HE cooling line) 108 for cooling the wafer (106) and from the outside through the backside helium supply line (108) Helium is supplied. The gas supply line 110 for plasma formation is connected to the upper part of the chamber 100, and the reaction gas flowing into the chamber from the gas supply line 110 is a gas exhaust line 112 installed below the chamber 100. Exhaust to outside through).

이와 같은 플라즈마 건식 식각 장비에서는 반응가스가 가스 공급라인(110)을 통하여 장비로 유입되면 고주파 전원부(RF power)(114)로부터 전력을 받아 발생된 고주파가 방전을 일으켜 플라즈마(plasma)를 형성하게 되며, 이와 같이 발생되는 플라즈마는 챔버(100) 내부로 확산되어 플라즈마 내의 활성화이온이 플라즈마 영역(plasma area)(A1)에서 sheath 영역(A2)으로 이동하여 전위차에 의해 가속되어 웨이퍼(106) 표면에 물리적 충돌을 일으켜 막질의 결합을 끊는 물리적 반응(physical reaction)과, 화학적 반응(chemical reaction)이 동시에 일어나 웨이퍼(106)에 대한 식각을 수행하게 된다.In such a plasma dry etching equipment, when the reaction gas flows into the equipment through the gas supply line 110, high frequency generated by receiving power from the high frequency power supply unit (RF power) 114 causes discharge to form plasma. The plasma generated in this way is diffused into the chamber 100 so that the activated ions in the plasma move from the plasma area A1 to the sheath area A2 and are accelerated by the potential difference to physically adhere to the surface of the wafer 106. A physical reaction and a chemical reaction, which cause collisions to break the bonds of the film, occur simultaneously, thereby etching the wafer 106.

한편, 종래 반도체 건식 식각 장비에서는 챔버 내 구조, 플라즈마 밀도(density) 등 여러 요인에 의해 특정 부위의 식각률(etch rate)이 다른 부분이 존재하게 되며, 이러한 불균형은 웨이퍼 표면의 균일성(uniformity)을 저하시키는 원인이 되어왔음은 전술한 바와 같다.Meanwhile, in the conventional semiconductor dry etching equipment, portions having different etching rates of specific regions exist due to various factors such as the structure of the chamber and plasma density, and such an imbalance may result in uniformity of the wafer surface. The cause of deterioration has been described above.

따라서 본 발명에서는 종래 도 3의 (a)에서와 같이 헬륨 공급 라인(HE cooling line)(108)이 형성되는 정전척(104)을 도 3의 (b)에서와 같이 서로 다르게 온도를 제어할 수 있는 독립적인 영역(302)으로 구성하고, 헬륨 공급라인(108)이 각 독립된 영역으로 지나가도록 설계한다.Therefore, in the present invention, the temperature of the electrostatic chuck 104 in which the helium supply line (HE cooling line) 108 is formed as shown in FIG. And the helium supply line 108 to each independent zone.

이에 따라 정전척 내 미리 구분된 영역별로 독립적으로 온도 제어를 수행할 수 있어 정전척(electro static chuck) 내에서 영역별로 여러 가지 온도를 유지시킬 수 있으며, 예를 들어 웨이퍼(wafer)의 에지(edge) 부분과 같이 균일성(uniformity)이 떨어지는 특정 부분의 온도를 웨이퍼내 다른 영역에 비해 높은 온도 또는 낮은 온도로 유지하도록 하여 식각율(etch rate)의 변화를 조절함으로써, 웨이퍼내 식각 균일성을 개선할 수 있게 된다.As a result, temperature control can be performed independently for each of the pre-divided areas in the electrostatic chuck, so that various temperatures can be maintained for each area in the electro static chuck, for example, an edge of a wafer. Etch uniformity is improved by controlling the change of the etch rate by maintaining the temperature of a certain portion having low uniformity, such as), at a higher or lower temperature than other regions in the wafer. You can do it.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 플라즈마를 이용하는 반도체 건식 식각 장비에서, 웨이퍼의 온도를 조절하는 전극구조가 일체형으로 되어 있어 정전척 내에서 온도 구배를 갖게되며 이는 식각율의 차이를 발생시켜 웨이퍼내의 균일성을 떨어뜨리는 종래 문제점을 해결하기 위해, 미리 설정된 영역별로 독립적인 온도 제어와 쿨링을 수행할 수 있도록 설계된 정전척을 적용하여 정전척내 각 영역별로 독립적인 온도를 유지시킬 수 있도록 함으로써, 웨이퍼의 영역별 식각율 변화에 따라 정전척내 각 영역의 온도를 웨이퍼의 식각율이 균일성을 유지하도록 독립적으로 제어하여 웨이퍼의 균일성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the semiconductor dry etching apparatus using plasma, the electrode structure for controlling the temperature of the wafer is integrated to have a temperature gradient in the electrostatic chuck, which causes a difference in etching rate and thus uniformity in the wafer. In order to solve the problem of dropping the conventional problem, by applying an electrostatic chuck designed to perform independent temperature control and cooling for each preset region, it is possible to maintain an independent temperature for each region in the electrostatic chuck so that As the etching rate changes, the temperature of each region in the electrostatic chuck may be independently controlled to maintain the uniformity of the wafer, thereby improving the uniformity of the wafer.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the invention should be determined by the claims rather than by the described embodiments.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 플라즈마를 이용하는 반도체 건식 식각 장비에서, 웨이퍼의 온도를 조절하는 전극구조가 일체형으로 되어 있어 정 전척 내에서 온도 구배를 갖게되며 이는 식각율의 차이를 발생시켜 웨이퍼내의 균일성을 떨어뜨리는 종래 문제점을 해결하기 위해, 미리 설정된 영역별로 독립적인 온도 제어와 쿨링을 수행할 수 있도록 설계된 정전척을 적용하여 정전척내 각 영역별로 독립적인 온도를 유지시킬 수 있도록 함으로써, 웨이퍼의 영역별 식각율 변화에 따라 정전척내 각 영역의 온도를 웨이퍼의 식각율이 균일성을 유지하도록 독립적으로 제어하여 웨이퍼의 균일성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, in the present invention, in the semiconductor dry etching apparatus using plasma, the electrode structure for controlling the temperature of the wafer is integrated to have a temperature gradient in the electrostatic chuck, which causes a difference in etching rate, thereby causing In order to solve the conventional problem of deteriorating uniformity, by applying an electrostatic chuck designed to perform independent temperature control and cooling for each preset region, it is possible to maintain an independent temperature for each region in the electrostatic chuck, According to the change in the etch rate for each region, the temperature of each region in the electrostatic chuck may be independently controlled to maintain the uniformity of the wafer, thereby improving the uniformity of the wafer.

또한 위와 같이 웨이퍼의 균일성을 향상시킴에 따라 공정의 마진을 확보하여 보다 안정적인 공정 조건을 유지할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 반도체 소자의 특성을 향상시키며 비용도 절감시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, as the uniformity of the wafer is improved as described above, the margin of the process can be secured to maintain more stable process conditions, thereby ultimately improving the characteristics of the semiconductor device and reducing costs.

Claims (2)

반도체 식각 장비의 정전척내 영역별 온도 제어 장치로서,As a temperature control device for each region in the electrostatic chuck of semiconductor etching equipment, 식각을 위한 웨이퍼를 안착시키며 미리 설정된 영역별로 독립적인 온도 제어가 가능하도록 설계되는 정전척과,An electrostatic chuck designed to seat an wafer for etching and to allow independent temperature control for each preset region; 웨이퍼내 식각율의 변화를 감지하여 웨이퍼 상 균일성이 유지되도록 정전척 내 각 독립영역별로 플라즈마 발생을 위한 고주파 전원을 인가시키는 고주파 전원부와,A high frequency power supply unit for applying a high frequency power source for generating plasma for each independent region of the electrostatic chuck so as to sense a change in the etching rate in the wafer to maintain uniformity on the wafer; 상기 정전척내 각 독립영역을 지나가도록 설계되어 플라즈마 식각이 수행되는 정전척 상부 웨이퍼의 쿨링을 위한 헬륨을 공급시키는 헬륨 공급라인Helium supply line is designed to pass through each independent region of the electrostatic chuck to supply helium for cooling the upper wafer of the electrostatic chuck where plasma etching is performed. 을 포함하는 반도체 식각 장비의 정전척내 영역별 온도 제어장치.Temperature control device for each region in the electrostatic chuck of the semiconductor etching equipment comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정전척내 독립적 온도 제어 영역은, 정전척 센터를 중심으로 8등분으로 설정되어 해당 영역별 쿨링을 위한 헬륨 공급라인을 포함하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 반도체 식각 장비의 정전척내 영역별 온도 제어장치.The independent temperature control region in the electrostatic chuck, the temperature control device for each region in the electrostatic chuck of the semiconductor etching equipment, characterized in that it is set to eight equal to the center of the electrostatic chuck is configured to include a helium supply line for cooling by the corresponding area.
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